Коли команда проекту сідає за визначення ізоляторних ниток для нової-лінії високої напруги, вибір між склом і порцеляною, як правило, вирішується швидко, часто на основі звички, регіональних угод або того, що менеджер із закупівель брав під час останньої роботи. Це не обов'язково неправильно. Обидва матеріали використовуються вже більше століття, і обидва продовжують надійно працювати в широкому діапазоні середовищ передачі. Проблема полягає в тому, що вибір за замовчуванням без розуміння реальних інженерних-компромісів між ними призводить до перевитрати коштів, неочікуваного тягаря технічного обслуговування та іноді передчасної заміни обладнання, яке мало б прослужити десятиліттями довше.
У цьому посібнику проводиться порівняння з точки зору того, хто дійсно приймає таке рішення, розглядаючи матеріали, механічні та електричні характеристики, поведінку несправностей, тривалий-старіння та практичні умови, які справді схиляють чашу терезів у той чи інший бік.
Flass підвіска ізолятора струнної передавальної вежі
Що насправді являє собою кожен матеріал
Порцелянові ізолятори виготовляються із суміші каоліну, польового шпату та кварцу, обпалених при контрольованих високих температурах, доки матеріал не стане твердим, гладким керамічним тілом. У результаті виходить механічно міцний продукт зі значеннями міцності на стиск близько 70 000 кг/см², що значно вище, ніж у скла. Порцеляна надзвичайно добре справляється з навантаженнями на стиснення, що пояснює, чому вона залишається стандартом для ізоляторів станційних стовпів, ізоляторів лінійних стовпів та подібних конструкцій, де домінують спрямовані вниз або бічні сили стиснення.
Ізолятори із загартованого скла проходять інший процес виробництва. Скляний диск нагрівається, а потім швидко охолоджується в контрольованій гартуючій ванні, що викликає напругу стиску в зовнішньому поверхневому шарі та напругу розтягування в серцевині. Цей процес загартування забезпечує діелектричну міцність скла приблизно 140 кВ/см, що значно вище, ніж у порцеляни (60 кВ/см). Отриманий диск добре підходить для ковпачкових-і-штифтових підвісних струн, які використовуються на лініях електропередач високої-напруги та над-високої-напруги, де навантаження на розтяг, а не на стиск керує конструкцією.
Механічна міцність: уважно читайте цифри
На перший погляд механічні дані здаються суперечливими. Порцеляна має набагато більшу міцність на стиск. Загартоване скло має значно вищу міцність на розрив зі значеннями близько 35 000 кг/см² порівняно з 500 кг/см² порцеляни. Особливо для підвісних ізоляторів важлива міцність на розтяг, тому що диск висить на струні та несе вагу та вітрове навантаження провідника під ним через натяг. Скло перемагає це порівняння з великим відривом.
Числа не враховують мінливості. Дослідження ізоляторів, вилучених з експлуатації через 25-30 років, виявили, що залишкова механічна міцність порцелянових виробів значно відрізнялася від одного виробника до іншого. Деякі продемонстрували лише незначне погіршення початкових номінальних значень. Інші продемонстрували значне зниження. Скляні ізолятори з тих самих досліджень показали набагато менший розкид навколо своєї номінальної міцності на розрив, залишаючись близькими до оригінальних проектних значень навіть після десятиліть перебування на відкритому повітрі. Для менеджерів із закупівель, які мають справу з кількома постачальниками протягом тривалого періоду проекту, така послідовність має реальну цінність.
Виявлення несправностей: аргумент, який часто вирішує
Саме тут скляні ізолятори мають свою найпереконливішу перевагу, і цю перевагу відразу розуміють інженери в цій галузі.
Коли диск із загартованого скла виходить з ладу через електричний прокол, механічне перевантаження чи термічний вплив, диск розбивається повністю. Скляна оболонка відпадає, залишаючись лише металевим ковпачком і шпилькою, що тримає струну разом. Оскільки загартоване скло зберігає залишкову внутрішню напругу від процесу загартування, будь-який злам швидко поширюється через весь диск. Струна не спадає. Ковпачок і шпилька зберігають достатню залишкову міцність, щоб утримувати волосінь. Але зниклий диск добре видно з землі або з вертольота під час звичайного патрулювання.
Порцеляна поводиться інакше. Вийшов з ладу порцеляновий диск зовні може виглядати абсолютно неушкодженим. Поломка відбувається всередині, через корпус диска, без будь-яких зовнішніх ознак того, що ізоляція була порушена. Єдиний надійний спосіб виявити порцеляновий ізолятор із нульовою-вартістю в експлуатації — це випробувати його електрично, вимірявши опір ізоляції за допомогою вимірювача або використовуючи-інструмент визначення напруги в мережі під напругою. Обидва методи вимагають навченого персоналу, який працює поблизу колони, що означає підвищений ризик, спеціальне обладнання та значні витрати на цикл перевірки.
Для ліній електропередач, що перетинають віддалену місцевість, куди інспекційні бригади відвідують нечасто і де пошкоджена ланцюг може залишатися непоміченою місяцями, ця різниця має величезне значення. Лінії в гірських районах, пустельних коридорах або через річкові переходи, де важко проїхати, добре-підходять для скла саме тому, що несправні диски ідентифікують себе без активного тестування.
Старіння та довгострокова-ефективність
Обидва матеріали старіють, але вони старіють по-різному, і розуміння цієї різниці значно впливає на розрахунок вартості життєвого циклу.
Порцеляна піддається процесу, який називається повільним розвитком тріщин, коли мікро-тріщини в керамічному тілі поступово розширюються під дією тривалого механічного та термічного навантаження. Протягом десятиліть це може призвести до прогресуючого зниження механічної міцності, що не помітно ззовні диска. Електрична міцність також може знизитися, оскільки порцеляновий корпус поглинає сліди вологи через мікро-пори, особливо в старих ізоляторах, де процес обпалу був менш контрольований, ніж вимагають сучасні стандарти. Дослідження зістареної порцеляни за допомогою скануючої електронної мікроскопії підтвердило значні мікроструктурні відмінності між виробниками, причому деякі зістарені зразки демонструють вимірну деградацію як механічних, так і електричних параметрів.
Скляні ізолятори не мають такого механізму старіння. Оскільки загартоване скло не-пористе, поглинання вологи тілом практично дорівнює нулю. Механічні та електричні властивості загартованого скла залишаються стабільними протягом тривалого часу таким чином, що порцеляна не може повністю відповідати. Основною проблемою, пов’язаною зі склом, яке довго експлуатується, є накопичення поверхневих забруднень, особливо в промислових або прибережних середовищах, де забруднення, що переносяться повітрям, осідають на поверхні диска та створюють шляхи витоку струму під час вологої погоди.
Ефективність забруднення та навколишнє середовище
У навколишньому середовищі з легким або помірним забрудненням різниця між склом і порцеляною в показниках забруднення незначна. Обидва досить добре пропускають воду, і обидва накопичують поверхневі відкладення, які змиваються під час дощу.
У сильно забрудненому середовищі скло є особливим недоліком. Гладка плоска поверхня скляного диска дозволяє волозі рівномірно конденсуватись і підтримувати контакт із накопиченим забрудненням, утворюючи більш суцільну провідну плівку, ніж грубіша та складніша поверхня порцелянового диска. Поверхневий профіль порцеляни з нижньою спідньою частиною та ребрами має тенденцію затримувати дощову воду таким чином, що може порушити провідну плівку та зменшити струм витоку.
Насправді тут варто згадати третій матеріал. Композитні полімерні ізолятори, побудовані навколо скловолоконного стрижня з навісом із силіконової гуми, перевершують як скло, так і порцеляну в умовах сильного забруднення, оскільки силіконова гума за своєю природою є гідрофобною. Вода на поверхні силіконової гуми утворює кульки, а не суцільну плівку, що запобігає утворенню провідного поверхневого шару, який спричиняє спалах забруднення. Для ліній, що проходять через прибережні промислові зони, сільськогосподарські райони з інтенсивним використанням пестицидів або поблизу цементних заводів і хімічних об’єктів, полімерна технологія усуває прогалину, яку повністю не усуває ні скло, ні порцеляна.Полімерні блискавковідводивикористання тієї самої технології корпусу з силіконової гуми дотримується того самого принципу, тому вони значною мірою замінили старі пристрої захисту від перенапруг у порцеляновому-корпусі в середовищах, де забруднення поверхні викликає постійне занепокоєння.
Полімерний грозовідвід VICTORY
Як насправді виглядає рішення про вибір
Наступні умови вказують наскляні підвісні ізоляторияк кращий вибір:
Лінії на 220 кВ і вище, особливо на 500 кВ і більше, де вища діелектрична міцність загартованого скла забезпечує значний додатковий запас в умовах тимчасової перенапруги. Віддалені або важкодоступні-{4}}прольоти, де само-режим несправності скла зменшує витрати на перевірку протягом усього терміну експлуатації лінії. Проекти, де кілька постачальників будуть використовуватися на різних етапах закупівель, де щільніший розподіл механічної міцності скла забезпечує стабільніші характеристики, ніж порцеляна, отримана зі змішаного виробництва. Програми заміни на існуючих скляних нитках, де механічна взаємозамінність вимагає підбору оригінального матеріалу.
Порцеляна має більше сенсу в таких ситуаціях: застосування, пов’язане з навантаженням на стиск, включаючи ізолятори стовпів і станційне обладнання, де має значення перевага міцності порцеляни на стиск. Рівні напруги розподілу, де перевага діелектричної міцності скла є менш актуальною для проектного запасу. Лінії в районах із помірним забрудненням і регулярними графіками перевірок, де витрати на перевірку, пов’язані з виявленням порцеляни з нульовою-вартістю, можна врегулювати в межах звичайного бюджету на обслуговування. Проекти, де існуючий ланцюжок постачання, протоколи тестування та робоча сила з технічного обслуговування будуються навколо порцеляни, а заміна матеріалів призведе до витрат на перехід.
Скляні підвісні ізолятори на рівнях напруги передачі представляють собою одне з небагатьох рішень щодо закупівель, де вибір матеріалу має прямий і вимірний вплив на вартість обслуговування протягом 40-річного терміну експлуатації активів. Цього достатньо, щоб кілька процентних пунктів додаткових витрат на перевірку на рік накопичувалися у значній статті бюджету.
Апаратна сумісність
Одним практичним моментом, який іноді не враховують під час вибору матеріалу, є те, що скляні та порцелянові ковпачки-і-штифтові диски підвіски зазвичай використовують ті самі розміри кульки-і-розетки, стандартизовані відповідно до IEC 60305. Це означає, що струни можуть, в принципі, поєднувати скляні та порцелянові диски в одній струні, а диски для заміни з будь-якого матеріалу можуть замінити інше, якщо рейтинг механічного класу відповідає. Ця взаємозамінність спрощує керування запасними частинами та полегшує перемикання між матеріалами на основі заміни без виходу з експлуатації функціонального обладнання.
Металеві ковпачки та штифти, які використовуються як у скляних, так і в порцелянових вузлах, є гарячеоцинкованим ковким чавуном або ковким чавуном, і вони визначаються незалежно від матеріалу диска. Покупці, які закуповують повні рядки, повинні підтвердити, що специфікації апаратного забезпечення, зокрема діаметр кульки та розміри гнізда, відповідають стандартам IEC, а не власним розмірам, які обмежуватимуть вибір джерел у майбутньому.
Резюме
Скляні та порцелянові підвісні ізолятори є зрілими, перевіреними технологіями з значним послужним списком у застосуванні трансмісії в усьому світі. Вибір між ними не залежить від того, який матеріал краще в абсолютних значеннях. Питання полягає в тому, який матеріал відповідає конкретному робочому середовищу, режиму перевірки, рівню напруги та обмеженням щодо закупівель даного проекту.
Скло забезпечує вищу діелектричну міцність, чудову стабільність міцності на розрив, прозоре виявлення дефектів і більш стабільне -тривале старіння. Порцеляна забезпечує кращу міцність на стиск, нижчу чутливість до вологи на поверхні диска в чистому середовищі та глибшу глобальну виробничу базу, яка може підтримувати дуже великі обсяги закупівель за конкурентними цінами.
Для більшості сучасних високовольтних-проектів електропередачі, особливо на 220 кВ і вище, і особливо на лініях, де оглядовий доступ обмежений, скло є технічно надійнішим вибором. Для розподільчої інфраструктури та застосування стисливих навантажень порцеляна залишається надійною та-рентабельною відповіддю. Інженери та групи із закупівель, які розуміють обидва матеріали, а не вибирають один із них за замовчуванням, є тими, хто в кінцевому підсумку отримує інфраструктуру передачі, яка працює, як задумано, протягом повного терміну служби без неприємних сюрпризів.